(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を照射する波長可変光源と、
前記測定光の波長を制御する制御部と、
前記測定光が入射する側に位置する第１のミラー、被検体からの弾性波が入射する側に位置する第２のミラー、および、前記第１と第２のミラーの間にあり弾性波の入射に応じて変形するスペーサー膜を含むファブリーペロー型探触子と、
前記ファブリーペロー型探触子による前記測定光の反射光量を検出するアレイ型光センサと、
前記スペーサー膜の変形による反射光量の変化に基づいて、前記ファブリーペロー型探触子に入射した弾性波の強度を取得する信号処理部と、
を有する音響信号受信装置であって、
前記制御部は、前記測定光の波長を掃引し、
前記信号処理部は、掃引した各波長において取得した、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置での反射光量に基づいて、当該位置で用いる測定光の波長を求めるものであり、
被検体に励起光を照射する励起光源をさらに有し、
被検体からの弾性波とは、励起光を照射された被検体から発生する光音響波である
ことを特徴とする音響信号受信装置。
【請求項２】
前記励起光源は所定の間隔で励起光を照射し、
前記制御部は、前記励起光をトリガーとする所定の受信期間に前記ファブリーペロー型探触子が光音響波を受信してから次の励起光が照射されるまでに、前記測定光の波長を掃引する
ことを特徴とする請求項１に記載の音響信号受信装置。
【請求項３】
測定光を照射する波長可変光源と、
前記測定光の波長を制御する制御部と、
前記測定光が入射する側に位置する第１のミラー、被検体からの弾性波が入射する側に位置する第２のミラー、および、前記第１と第２のミラーの間にあり弾性波の入射に応じて変形するスペーサー膜を含むファブリーペロー型探触子と、
前記ファブリーペロー型探触子による前記測定光の反射光量を検出するアレイ型光センサと、
前記スペーサー膜の変形による反射光量の変化に基づいて、前記ファブリーペロー型探触子に入射した弾性波の強度を取得する信号処理部と、
を有する音響信号受信装置であって、
前記制御部は、前記測定光の波長を掃引し、
前記信号処理部は、掃引した各波長において取得した、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置での反射光量に基づいて、当該位置で用いる測定光の波長を求めるものであり、
被検体に弾性波を送信するトランスデューサをさらに有し、
被検体からの弾性波とは、前記トランスデューサから送信された弾性波のエコー波であり、
前記トランスデューサは所定の間隔で弾性波を送信し、
前記制御部は、前記弾性波の送信をトリガーとする所定の受信期間に前記ファブリーペロー型探触子がエコー波を受信してから次の送信が行われるまでに、前記測定光の波長を掃引する
ことを特徴とする音響信号受信装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置で用いる測定光の波長を求める処理を、当該波長を用いた前記被検体の測定より前に行う
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響信号受信装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置で用いる測定光の波長を求める処理を、当該波長を用いた前記被検体の測定とともに行う
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の音響信号受信装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の音響信号受信装置と、
前記信号処理部が取得した弾性波の強度に基づいて画像化された前記被検体の内部を表示する画像表示部と、
を有することを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号受信装置およびイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エックス線、超音波、ＭＲＩ（核磁気共鳴法）を用いたイメージング装置が医療分野および非破壊検査の分野において広く利用されている。一方、レーザーなどの光源から照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、被検体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。
【０００３】
ＰＡＴの技術においては、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波（以降光音響波と呼ぶ）を複数の個所で検出する。そして、それらの信号を解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する。これにより、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
【０００４】
音響波の検出器としては、圧電現象を用いたトランスデューサや容量の変化を用いたトランスデューサが挙げられるが、近年、光の共振を用いた検出器が開発されている（非特許文献１）。さらに二次元アレイ型センサとしてＣＣＤカメラを用いてファブリーペロー型干渉計に照射した超音波の音圧を検出した報告例もある（非特許文献２）。
【０００５】
図１は光の共振を用いた音響波検出器の略図である。この図に示すとおり、平行な反射板の間で光を共振させる構造をファブリーペロー型干渉計という。今後このファブリーペロー型干渉計を利用した音響波検出器をファブリーペロー型探触子と呼ぶことにする。
かかる探触子は、厚みｄを持つ高分子膜１０４が第１のミラー１０１と第２のミラー１０２で挟まれた構造１０３をとる。第１のミラー１０１から測定光１０５を干渉計に照射する。このとき、反射１０６の光量Ｉｒは次の式（１）のようになる。
【数１】
0005832182.tif 000002
ここで、Ｉｉは測定光１０５の入射光量、Ｒは第１のミラー１０１と第２のミラー１０２の反射率、λ０は測定光１０４の波長、ｄはミラー間距離、ｎは高分子膜１０４の屈折率である。φは二枚のミラー間を往復する際の位相差に相当し、式（２）で表される。
【０００６】
反射率Ｉｒ／Ｉｉをφの関数としてグラフ化したものの一例を図２（ａ）に示す。周期的な反射光量Ｉｒの落ち込みが生じ、φ＝２ｍπ（ｍは自然数）となるときに反射率は最も低くなる。ファブリーペロー型探触子に音響波１０７が入射すると、ミラー間距離ｄが変化する。これによってφが変化した結果、反射率Ｉｒ／Ｉｉが変化する。反射光量Ｉｒ
の変化をフォトダイオード等で測定することにより、入射した音響波１０７を検出することができる。反射光量変化が大きいほど、入射した音響波１０７の強度は大きいということになる。
【０００７】
音響波１０７が入射した際に、反射光量Ｉｒが大きく変化するためには、φの変化に対する反射率Ｉｒ／Ｉｉの変化率を大きくする必要がある。図２では、φｍにおいて、一番変化率が大きい、つまり傾きが急となる。よって、ファブリーペロー型探触子では位相差をφｍに合わせてから測定することが好ましい。入射光の波長λ０を調整することで、位相差をφｍに合わせることができる。
【０００８】
反射率Ｉｒ／Ｉｉをλ０の関数としてグラフ化したものを図２（ｂ）に示す。反射率Ｉｒ／Ｉｉの変化率が最も大きいλｍに波長を合わせることが位相差をφｍに合わせることに相当し、感度が最大になる。
このように、ファブリーペロー型探触子では測定波長λ０を調整することで、位相差をφｍに合わせてから測定することにより高い受信感度を得ることが可能となる。
【０００９】
また、ファブリーペロー型探触子では測定光１０５が当たっている位置のみの反射光量変化を測定しているため、入射している測定光１０５のスポット領域が受信感度のある領域となる。よって、測定光をガルバノメータ等でラスタースキャンすることにより、音響波の二次元分布データを得ることができる。得られた音響波の二次元分布データを用いて信号処理を行うことで、画像を得る。
【００１０】
一方、測定光１０５をレンズ等により絞ることで、受信面積を小さくすることができる。これにより受信スポットが小さくなるため、再構成した際の画像の分解能が向上する。また、非特許文献２によると、ファブリーペロー型探触子は音響波の受信周波数帯域が広い。これらの理由により、ファブリーペロー型探触子を用いることで分解能の高い高精細な画像を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】E. Zang, J. Laufer, and P. Beard, “Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner using a planar Fabry-Perot polymer film ultrasound sensor for high-resolution three-dimensional imaging of biological tissues”, Applied Optics, 47, 561-577(2008)
【非特許文献２】M. Lamont, P. Beard,”2D imaging of ultrasound fields using CCD array to map output of Fabry-Perot polymer film sensor”, Electronics Letters, 42, 3, (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし本発明者が鋭意検討したところによると、ミラー間の高分子膜１０４を完全に同じ厚さで成膜することは困難であり、面内での膜厚にばらつきが出来てしまう。これにより、ファブリーペロー型探触子のミラー間の距離も一定ではなく、音響波を受信する位置によって、受信感度にばらつきが生じることが明らかとなった。
【００１３】
そのため、音響波の二次元分布データを取得する際に非特許文献１では、ガルバノメータを用いて、ラスタースキャンをしながら一点ずつ測定光の波長を掃引し最適波長を求めて、その最適波長において音響波の測定を行っている。しかしこの方法では測定時間が非常に長くなるという課題がある。
【００１４】
そこで上述の非特許文献２では、一点一点スキャンするのではなく、ファブリーペロー型干渉計にビーム径の大きな入射光を照射し、かつ二次元のアレイ型光センサを用いて反射光の二次元分布を計測することで、音響波分布を得る方法が報告されている。つまりファブリーペロー型干渉計にビーム径の大きなある波長λ1の入射光を照射し、二次元のア
レイ型光センサを用いて反射光の二次元分布を計測するため、原理的には極めて高速にデータを得ることが可能となる。
【００１５】
しかしながら、波長λ１が膜厚に対して最適波長となる領域では受信感度は高いが、現在の成膜技術では膜厚ばらつきを完全に抑制することは極めて困難であるため、感度の悪い領域や全く感度のない領域ができる。これにより素子の製造歩留まりの低下や、画質が大きく劣化するという課題が生じる。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アレイ型光センサを用いたファブリーペロー型探触子により、最適波長における測定光の反射光量変化の二次元分布を測定するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、測定光を照射する波長可変光源と、前記測定光の波長を制御する制御部と、前記測定光が入射する側に位置する第１のミラー、被検体からの弾性波が入射する側に位置する第２のミラー、および、前記第１と第２のミラーの間にあり弾性波の入射に応じて変形するスペーサー膜を含むファブリーペロー型探触子と、前記ファブリーペロー型探触子による前記測定光の反射光量を検出するアレイ型光センサと、前記スペーサー膜の変形による反射光量の変化に基づいて、前記ファブリーペロー型探触子に入射した弾性波の強度を取得する信号処理部と、を有する音響信号受信装置であって、前記制御部は、前記測定光の波長を掃引し、前記信号処理部は、掃引した各波長において取得した、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置での反射光量に基づいて、当該位置で用いる測定光の波長を求めるものであり、被検体に励起光を照射する励起光源をさらに有し、被検体からの弾性波とは、励起光を照射された被検体から発生する光音響波であることを特徴とする音響信号受信装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、測定光を照射する波長可変光源と、前記測定光の波長を制御する制御部と、前記測定光が入射する側に位置する第１のミラー、被検体からの弾性波が入射する側に位置する第２のミラー、および、前記第１と第２のミラーの間にあり弾性波の入射に応じて変形するスペーサー膜を含むファブリーペロー型探触子と、前記ファブリーペロー型探触子による前記測定光の反射光量を検出するアレイ型光センサと、前記スペーサー膜の変形による反射光量の変化に基づいて、前記ファブリーペロー型探触子に入射した弾性波の強度を取得する信号処理部と、を有する音響信号受信装置であって、前記制御部は、前記測定光の波長を掃引し、前記信号処理部は、掃引した各波長において取得した、前記ファブリーペロー型探触子のそれぞれの位置での反射光量に基づいて、当該位置で用いる測定光の波長を求めるものであり、被検体に弾性波を送信するトランスデューサをさらに有し、被検体からの弾性波とは、前記トランスデューサから送信された弾性波のエコー波であり、前記トランスデューサは所定の間隔で弾性波を送信し、前記制御部は、前記弾性波の送信をトリガーとする所定の受信期間に前記ファブリーペロー型探触子がエコー波を受信してから次の送信が行われるまでに、前記測定光の波長を掃引することを特徴とする音響信号受信装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アレイ型光センサを用いたファブリーペロー型探触子により、最適波長における測定光の反射光量変化の二次元分布を測定するための技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ファブリーペロー型干渉計の構成の一例を示す図。
【図２】ファブリーペロー型干渉計の反射率の変化を示すグラフ。
【図３】生体情報イメージング装置の構成の一例を示す図。
【図４】ファブリーペロー型探触子の構造の一例を示す図。
【図５】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すタイムチャート。
【図６】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すフローチャート。
【図７】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すフローチャート。
【図８】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すタイムチャート。
【図９】生体情報イメージング装置の構成の一例を示す図。
【図１０】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すタイムチャート。
【図１１】生体情報イメージング装置が行う処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
［実施形態１］
図３に、本実施形態におけるイメージング装置の構成例を説明する図を示す。イメージング装置は、被検体から放出される音響波を受信する音響信号受信装置に、受信した音響波に基づくイメージング処理を行う要素を設けることにより構成される。
【００２２】
本実施形態の音響信号受信装置は、被検体３０１に照射され光音響波３０２を励起する励起光３０３を出射する励起光源３０４（例えばパルス光源）を備える。被検体３０１が生体である場合には、生体内の腫瘍、血管など、被検体３０１の内部の光吸収体を画像化することが可能である。あるいは被検体３０１の表面の光吸収体を画像化できる。これら被検体３０１の内部もしくは表面における光吸収体が、光のエネルギーの一部を吸収することによって光音響波３０２が発生する。イメージング装置は、この光音響波３０２を検出するためのファブリーペロー型探触子３０５を備える。
【００２３】
ファブリーペロー型探触子３０５には、測定光３０６を照射することによって音圧を検出させることができる。イメージング装置は、この測定光３０６を生成するための測定光用波長可変光源３０７を備える。また、測定光用波長可変光源から出射する測定光３０６の波長を制御するための制御部３０８と、制御部による制御のために用いられるフォトダイオード（ＰＤ）３１６を備える。さらに、ファブリーペロー型探触子３０５に入射した測定光３０６の反射光量を測定し、電気信号に変換するためのアレイ型光センサ３０９を備える。以上により音響信号受信装置が構成される。
【００２４】
上記音響信号受信装置に、さらに信号処理部３１０と画像表示部３１１を設けることによってイメージング装置が構成される。つまり本実施形態のイメージング装置は、アレイ型光センサ３０９で得られた電気信号を信号処理部３１０において解析し、得られた光学特性値分布情報を表示する画像表示部３１１を備える。被検体が生体である場合、本実施形態のイメージング装置は生体情報イメージング装置と呼べる。
【００２５】
図４に、本実施形態におけるファブリーペロー型探触子の断面構造を説明する図を示す。第１のミラー４０２は測定光が入射する側に位置するミラーであり、それと対向する第２のミラー４０１は被検体からの弾性波が入射する側に位置するミラーである。これら第１のミラー４０２と第２のミラー４０１の材料としては誘電多層膜や金属膜を用いることができる。ミラーの間にはスペーサー膜４０３が存在する。スペーサー膜４０３は弾性波がファブリーペロー型探触子に入射した際のひずみが大きいものが好ましく、例えば有機高分子膜が用いられる。有機高分子膜としてはパリレン、ＳＵ８、またはポリエチレンなどを用いることが出来る。音波を受信したときに膜が変形すれば採用可能であるので、無機膜であっても構わない。
【００２６】
ファブリーペロー型探触子全体は保護膜４０４で保護されている。保護膜４０４としてはパリレンなどの有機高分子膜やＳｉＯ２などの無機膜を薄膜形成した物が用いられる。第１のミラー４０２が成膜される基板４０５はガラスやアクリルを用いることができる。その際、基板４０５内での光の干渉による影響を減らすために、基板４０５は楔形であることが好ましい。さらに、基板４０５表面における光の反射を避けるために、ＡＲコート処理４０６を施すことが好ましい。
【００２７】
図３に戻って、装置の構成要素の説明を続ける。また、必要に応じて図６のフローチャートを参照して測定の進め方について述べる。
【００２８】
ファブリーペロー型探触子３０５の反射光量を測定するための測定光３０６を出射する測定光用波長可変光源３０７は、波長可変レーザーを用いることが出来る。測定光３０６は第１のミラー４０２と第２のミラー４０１に対して、反射率が９０％以上であることが好ましい。また、波長を変える際の掃引速度は、１００ｎｍ／ｓ程度であることが好まし
い。
【００２９】
測定光３０６はレンズ３１２で拡大され、ファブリーペロー型探触子３０５において反射したのちに、アレイ型光センサ３０９に入射する。これにより、ファブリーペロー型探触子３０５上の反射強度分布を得ることが出来る。光学系としてミラー３１３やハーフミラー３１４を用いる。光学系は、ファブリーペロー型探触子３０５における反射率を測定できるような構成であればよく、ハーフミラー３１４の代わりに偏光ミラーと波長板を用いる構成や、光ファイバーを用いる構成を採ることができる。この光学系により、ファブリーペロー型探触子３０５上の位置と、アレイ型光センサ３０９上のピクセルが対応づけられる。
【００３０】
アレイ型光センサ３０９としては二次元アレイ型、一次元アレイ型の光センサを用いる。例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを用いることができる。ただし、ファブリーペロー型探触子３０５に光音響波３０２が入射した際の、測定光３０６の反射光量を測定し電気信号に変換できるものであれば、これ以外のアレイ型光センサも使用できる。
【００３１】
ファブリーペロー型探触子３０５のミラー間の距離は位置によりばらつきがあるため、それぞれの位置（アレイ型光センサ３０９上の対応づけされた各々のピクセル）での最適波長を求める必要がある。そのために、測定光３０６の波長を所定のある波長範囲で掃引して、アレイ型光センサ３０９上の各々のピクセルにおいて図２（ｂ）のような反射光量の波長依存性を測定し、その変化率が大きい最適波長λmを求める。この処理は図６のフ
ローの前処理に当たる。
【００３２】
まず、波長掃引範囲と掃引ステップからなる測定光３０６のパラメータを設定する（図６のステップＳ６０１）。制御部３０８は指定された波長掃引範囲と掃引ステップで、測定光３０６の波長を掃引する（ステップＳ６０２）。すなわち、測定光の波長を変化させる。最適波長のばらつきは、ミラー間距離のばらつきの程度によるため、掃引する波長範囲は自由スペクトル領域（Free spectral range）以上の所定の範囲で定めることが好ま
しい。また、図２のような反射光量の波長依存性を測定する際の、データを取り込む波長間隔はより細かいほどよく、例えば０．１ｎｍとすることが出来る。
【００３３】
アレイ型光センサを用いてこの測定光の反射光量を求めることで、反射光強度２Ｄデータ計測が行われる（ステップＳ６０３）。この測定を、設定したパラメータ内での掃引範囲データの取得が終了するまで続行する（ステップＳ６０４）。
これにより各々のピクセルにおける反射光量の波長依存性が得られる。そして、反射光量Ｉｒが大きく変化する波長λｍを求めることにより、各々のピクセルにおける最適波長λｍのテーブルが作成される（ステップＳ６０５）。
【００３４】
被検体３０１へ照射する励起光３０３は、被検体３０１を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特性の波長の光を用いる。励起光３０３はパルス光を用いることが出来る。パルス光は、数ピコから数百ナノ秒オーダーのものであり、被検体が生体の場合には数ナノから数十ナノ秒のパルス光を採用することが好ましい。励起光３０３を発生する光源３０４としてはレーザーが好ましいが、レーザーの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプなどを用いることも可能である。
【００３５】
レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。発振する波長の変換可能な色素やＯＰＯ（Optical Parametric Oscillators）を用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。
使用する光源の波長に関しては、生体内において吸収が少ない７００ｎｍから１１００
ｎｍの領域が好ましい。しかし上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍから１６００ｎｍの波長領域、さらにはテラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
【００３６】
図３では被検体に対して、ファブリーペロー型探触子３０５の影にならない方向から励起光３０３を照射している。しかし、励起光３０３としてファブリーペロー型探触子３０５のミラーを透過する波長を用いることにより、ファブリーペロー型探触子３０５側から励起光３０３を照射することも可能である。
【００３７】
被検体３０１から生じる光音響波３０２を効率的にファブリーペロー型探触子３０５で検出するために、被検体３０１とファブリーペロー型探触子３０５との間には音響結合媒体を使うことが望ましい。図３では音響結合媒体として水を用いて、水槽３１５中に被検体３０１が配置している図を示しているが、被検体３０１とファブリーペロー型探触子３０５との間には音響結合媒体が介していれば良い。例えば、被検体３０１とファブリーペロー型探触子３０５との間に、マッチングジェルを塗る構成にしてもよい。
【００３８】
励起光源３０４から被検体３０１に、パルス光などの励起光３０３が照射される（図６のステップＳ６０６）。このとき、ファブリーペロー型探触子３０５は、励起光３０３のエネルギーの一部を吸収することで被検体内から発生する光音響波（弾性波であり、典型的には超音波）３０２を、測定光３０６の反射光量変化という形で検出する。検出された反射光量は、アレイ型光センサ３０９において電気信号に変換される。アレイ型光センサ３０９における電気信号の分布は、ファブリーペロー型探触子３０５上に届く光音響波３０２の強度分布を表していることになる。これにより、ファブリーペロー型探触子３０５上に到達する光音響波３０２の圧力分布を得ることが出来る。
【００３９】
ファブリーペロー型探触子３０５で光音響波３０２を検出するためには、最適波長λm
またはその近傍波長における測定光３０６の反射光量変化を測定する必要がある。そのため、測定光３０６の波長を掃引しながら光音響波３０２を検出するための、測定光３０６の波長を掃引するプログラムを制御部３０８に設定する。設定する掃引プログラムには波長掃引範囲、掃引ステップ、掃引速度、掃引時間などのパラメータが含まれる。測定光３０６の波長の掃引範囲と掃引ステップは、前記した最適波長のテーブルを作成した際に指定した値を用いる。制御部３０８は指定されたプログラムにより測定光の波長を掃引する。これにより、測定光の波長が変化しつつ計測が行われる（図６のステップＳ６０７−Ｓ６０８）。
【００４０】
図５は、励起光３０３の照射と、測定光３０６の波長掃引と光音響波測定のタイムチャートの一例を表したものである。図５は励起光３０３であるパルス光の繰り返し周波数が１０Ｈｚの場合である。
【００４１】
図５において、制御部３０８により測定光３０６が開始波長に設定され、パルス光が照射される。この操作は、パルスレーザー装置の場合、Ｑスイッチ操作により行われる（図５の最上段）。すると、フォトダイオード３１６により励起光３０３の一部が検出され、これをトリガーとして、光音響波３０２が測定される（図５の上から２、３段目）。この測定は所定のＰＡ受信期間のあいだ行われる。この受信期間は被検体の大きさや光吸収体と探触子との距離、被検体中の音響波伝達速度などに応じて定められるべきものである。
その後、次の励起光３０３が出射されるまでの間に、測定光３０６の波長を、入力値（ここでは１００ｐｍ）だけ上昇させる。上昇させた後、トリガーを待って、光音響波３０２を測定する。これを指定した波長範囲を掃引し終わるまで繰り返す（図５の最下段）。これにより、測定光３０６の波長の掃引範囲において、１００ｐｍ間隔の全波長で、光音響波３０２がファブリーペロー型探触子３０５に到達した際の全ピクセルでの反射光量の
変化を測定することになる。
【００４２】
これらの処理は図６のフローチャートのＰＡ測定（PhotoAcoustic測定／光音響測定）
に当たり、ステップＳ６０７−Ｓ６０９が繰り返される。ＰＡ測定が終わると励起パルス光の発光が停止される（ステップＳ６１０）。
なお、図５はデータの積算回数を1回とした場合のタイムチャートである。精算回数や
レーザーの繰り返し周波数が異なる場合は、制御部３０８のタイムプログラムもそれに対応して変える必要がある。
【００４３】
光音響波の測定終了後は、後処理の工程に入る。
信号処理部は、あらかじめ測定しておいたピクセル毎の最適波長のテーブルをもとに、各々のピクセルにおいて、最適波長での光音響波が入射した際の電気信号を抽出する（図６のステップＳ６１１）。
さらに、信号処理部３１０は抽出したアレイ型光センサ３０９における各々のピクセル毎の最適波長λmにおける電気信号の分布に基づいて、被検体３０１内の光学特性値分布
を計算する（ステップＳ６１２）。この処理が画像再構成であり、光学特性値分布としては例えば、光吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などが挙げられる。
【００４４】
得られた電気信号の分布から光学特性値分布を得るための再構成アルゴリズムとしては、ユニバーサルバックプロジェクションや整相加算などを採用することができる。再構成された画像は所定の形式で画像表示部３１１に表示される（ステップＳ６１３）。なお素子に異物が存在するなどで膜厚が著しく異常を示す領域は、あらかじめデータとして利用できないことを考慮した上で、画像再構成処理の際にデータ欠損部を補正して画像化することも可能である。
なお、信号処理部３１０は光音響波３０２の強度を表す電気信号の時間変化の分布を記憶し、それを演算手段により、光学特性値分布のデータに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。
【００４５】
なお、励起光３０３として複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長に関して、生体内の光学係数を算出し、それらの値と生体組織を構成する物質（グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど）固有の波長依存性とを比較する。これによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。
また、本発明の実施形態では信号処理により得られた画像情報を表示する画像表示部３１１を備えることが望ましい。
【００４６】
図６に示した本実施形態の測定フローチャートにおいては、最適波長のテーブル作成を前処理として光音響測定（ＰＡ測定）よりも前に行っているが、光音響測定を行った後に最適波長のテーブル作成を行っても良い。
このような実施形態１に示された生体情報イメージング装置を用いることで、ファブリーペロー型探触子３０５を用いて、短時間に高精細な光音響画像を得ることが可能となる。
【００４７】
［実施形態２］
図７に、本実施形態における生体情報イメージング装置の測定フローチャートを示す。本実施形態における生体情報イメージング装置は、測定フローチャート以外の装置構成などは実施形態１と同様であるため説明を省略する。以下の説明においては、必要に応じて図７のフローチャートを参照する。
本実施形態では、光音響信号の測定と最適波長作成のための測定とが独立しておらず、同時に行う。
【００４８】
まず、測定光３０６の波長を掃引しながら反射光量や光音響波３０２を検出するための、測定光３０６の波長を掃引するプログラムを制御部３０８に設定する（ステップＳ７０１）。設定する掃引プログラムには波長掃引範囲、掃引ステップ、掃引速度、掃引時間などのパラメータが含まれる。
【００４９】
最適波長のばらつきは、ミラー間距離のばらつきの程度によるため、掃引する波長範囲は自由スペクトル領域（Free spectral range）以上であることが好ましい。また、図３
のような反射光量の波長依存性を測定する際の、データを取り込む波長間隔はより細かいほどよいが、例えば０．１ｎｍとすることが出来る。
測定光の波長を掃引するプログラムを制御部３０８に設定した後に、被検体３０１に入射する励起光３０３（例えばパルス光）の発光を開始する（ステップＳ７０２）。
【００５０】
制御部３０８により測定光３０６が開始波長に設定され、被検体からの光音響波による反射光量変化を測定する（ステップＳ７０３）。すなわち、光音響信号（ＰＡ信号）のデータ計測（アレイ型光センサであれば２Ｄデータ計測）が行われる（ステップＳ７０４）。
その後、光音響波３０２が入射していない状態での反射光量を測定する。アレイ型光センサであれば反射光強度２Ｄデータ計測が行われる（ステップＳ７０５）。
そして、測定光３０６の波長を掃引したのちに、掃引範囲データ取得が終了していなければ（Ｓ７０６＝ＮＯ）、測定光の波長を変え、再び光音響波３０２による反射光量変化を測定する。Ｓ７０３−Ｓ７０６までのＰＡ測定処理は、設定した掃引範囲が終了するまで行われる。
【００５１】
図８は、励起光３０３の照射と、測定光３０６の波長掃引と光音響波測定、さらに音響波が入射していない状態での反射光量測定のタイムチャートの一例を表したものである。図８は励起光３０３であるパルス光の繰り返し周波数が１０Ｈｚの場合である。
【００５２】
図８において、Ｑスイッチ操作により励起光３０３が照射される（図８の最上段）。すると、フォトダイオードにより励起光３０３の一部が検出され、これをトリガーとして、光音響波３０２が測定される（図８の上から２、３段目）。その後、光音響波３０２が入射していない状態での反射光量を測定する（測定期間）。さらに次の励起光３０３が出射されるまでの間に、測定光３０６の波長を、入力値（ここでは１００ｐｍ）だけ上昇させる。上昇させた後、トリガーを待って、光音響波３０２を測定する。これを指定した波長範囲を掃引し終わるまで繰り返す（図８の最下段）。データ取得が終了すれば、励起光の発光を停止する（ステップＳ７０８）。
【００５３】
なお、図８はデータの積算回数を１回とした場合のタイムチャートである。精算回数や励起光源３０４の繰り返し周波数が異なる場合は、制御部３０８のタイムプログラムもそれに対応して変える必要がある。
【００５４】
これにより、測定光３０６の掃引した波長領域において、光音響信号３０２とともに、各々のピクセルにおける光音響波３０２が入射していない状態での反射光量の波長依存性が得られる。そして実施形態１と同様に、反射光量Ｉｒが大きく変化する波長λｍを求めることにより、各々のピクセルにおける最適波長λｍのテーブルが作成される（図７のステップＳ７０７）。
【００５５】
続いて、後処理の工程に入る。このステップＳ７０９−Ｓ７１１の処理は、図６のステップＳ６１１−Ｓ６１３と同様に行われる。
すなわち、信号処理部３１０は、光音響波３０２の測定終了後に、作成したピクセル毎
の最適波長のテーブルをもとに、各々のピクセルにおいて、最適波長での光音響波３０２が入射した際の電気信号を抽出する。さらに、信号処理部３１０は抽出したアレイ型光センサ３０９における各々のピクセル毎の最適波長における電気信号の分布に基づいて、被検体３０１内の光学特性値分布を計算する。光学特性値分布としては例えば、光吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などが挙げられる。そして、画像表示部３１１に再構成された画像が表示される。
【００５６】
このような実施形態２に示された生体情報イメージング装置を用いることで、ファブリーペロー型探触子を用いて、短時間に高精細な光音響画像を得ることが可能となる。
【００５７】
［実施形態３］
図９に、本実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を説明する図を示す。
本実施形態の生体情報イメージング装置は、弾性波（超音波）のエコーに基づいて生体内の音響インピーダンス分布の画像化を可能とするものである。実施形態１と同様の構成については説明を省略する。
本実施形態の生体情報イメージング装置は特に、被検体９０１に弾性波９０２を照射するトランスデューサ９０３および、トランスデューサに接続されたパルサー９１３を備える。
【００５８】
また、被検体内９０１における腫瘍等の、音響インピーダンスの異なる組織の界面において反射した弾性波を検出するための、ファブリーペロー型探触子９０４を備える。そして、ファブリーペロー型探触子９０４に入射する測定光９０５を出射する測定光用波長可変光源９０６を備える。また、測定光用波長可変光源９０６から出射する測定光９０５の波長を制御するための制御部９０７を備える。さらに、ファブリーペロー型探触子９０４に入射した測定光９０５の反射光量を測定し、電気信号に変換するためのアレイ型光センサ９０８を備える。図中では番号を付していないが、測定光はレンズ、ミラー、ハーフミラー等の光学系により所望の経路に導かれる。また、アレイ型光センサ９０８で得られた電気信号を解析する信号処理部９０９を備える。さらに処理結果を表示する画像表示部９１０を備える。
これらの構成は上記実施形態と同様である。なお、信号処理部９０９の解析により得られるのは被検体の音響インピーダンス分布情報である。
【００５９】
ファブリーペロー型探触子９０４のミラー間の距離は位置によりばらつきがあるため、それぞれの位置での最適波長を求める必要がある。測定光９０５の波長をある波長範囲で掃引して、アレイ型光センサ９０８上各々のピクセルにおいて図２のような反射光量の波長依存性を測定し、その変化率が大きい最適波長λmを求める。
【００６０】
以下、必要に応じて図１１のフローチャートを参照しつつ、本実施形態の処理の流れと装置の各構成要素の動作を説明する。特に、実施形態１（図６）のフローチャートと相違する点を中心に述べることとする。
【００６１】
ステップＳ１１０１−Ｓ１１０５は前処理であり、実施形態１と同様に行われる。
まず、測定光９０５の波長掃引範囲と掃引ステップのパラメータを指定する（ステップＳ１１０１）。制御部９０７は指定された波長掃引範囲と掃引ステップで、測定光９０５の波長を変化させ掃引する（ステップＳ１１０２）。最適波長のばらつきは、ミラー間距離のばらつきの程度によるため、掃引する波長範囲はFree spectral range以上であるこ
とが好ましい。また、図２のような反射光量の波長依存性を測定する際の、データを取り込む波長間隔はより細かいほどよいが、例えば０．１ｎｍとすることが出来る。
【００６２】
このような前処理工程を掃引範囲の測定光すべてに行うことにより、反射光強度の２Ｄ
データ、すなわち各々のピクセルにおける反射光量の波長依存性が得られる（ステップＳ１１０３−Ｓ１１０４）。そして、反射光量Ｉｒが大きく変化する波長λｍを求めることにより、各々のピクセルにおける最適波長λｍのテーブルが作成される（ステップＳ１１０５）。
【００６３】
被検体９０１から反射した弾性波９１１を効率的にファブリーペロー型探触子９０４で検出するために、被検体９０１とファブリーペロー型探触子９０４との間には音響結合媒体を使うことが望ましい。図９では音響結合媒体として水を用いて、水槽９１２中に被検体が配置している図を示しているが、被検体９０１とファブリーペロー型探触子９０４との間、さらには被検体９０１とトランスデューサ９０３との間に音響結合媒体が介していれば良い。例えば、被検体９０１とファブリーペロー型探触子９０４との間さらに被検体９０１とトランスデューサ９０３との間に、マッチングジェルを塗るという構成も考えられる。
【００６４】
ファブリーペロー型探触子９０４で弾性波９１１を検出するためには、最適波長λmま
たはその近傍波長における測定光の反射光量変化を測定する必要がある。そのため、測定光９０５の波長を掃引しながら弾性波９１１を検出するための、測定光９０５の波長を掃引するプログラムを制御部９０７に設定する。設定する掃引プログラムには波長掃引範囲、掃引ステップ、掃引速度、掃引時間などのパラメータが含まれる。測定光９０５の波長の掃引範囲と掃引ステップは、前記した最適波長のテーブルを作成した際に指定した値を用いる。制御部９０７は指定されたプログラムにより測定光９０５の波長を掃引する。
【００６５】
図１０は、弾性波９０２（典型的には超音波）の照射と、測定光９０５の波長掃引と弾性波測定のタイムチャートの一例を表したものである。まず、パルサー９１３からの入力信号を受け、トランスデューサ９０３により弾性波９０２が被検体９０１に照射される（ステップＳ１１０６）。すると、パルサー９１３から出力される電気信号をトリガーとして（図１０の最上段：トリガー信号）、被検体９０１で反射した弾性波９１１が測定される（図１０の２段目：超音波エコー信号受信期間）。その後、次の弾性波９０２が出射されるまでの間に、測定光９０５の波長を、入力値（ここでは１００ｐｍ）だけ上昇させる。上昇させた後、トリガーを待って、弾性波９１１を測定する。これを指定した波長範囲を掃引し終わるまで繰り返す（図１０の最下段）。これにより、測定光９０５の波長の掃引範囲において、１００ｐｍ間隔で、弾性波９１１がファブリーペロー型探触子９０４に到達した際の全ピクセルでの反射光量の変化を測定することになる。
【００６６】
このように、励起光の照射に変えて、ステップＳ１１０７−Ｓ１１０９の弾性波測定工程において弾性波（超音波）の送信および受信が行われ、掃引範囲のデータが取得されるのが本実施形態の特徴である。弾性波測定工程が終わると弾性波出射が停止される（ステップＳ１１１０）。
なお、図１０はデータの積算回数を１回とした場合のタイムチャートである。精算回数やパルサー９１３による弾性波発振の繰り返し周波数が異なる場合は、制御部９０７のタイムプログラムもそれに対応して変える必要がある。
【００６７】
続いて後処理工程が、実施形態１と同様に行われる。
信号処理部９０９は、弾性波９１１の測定終了後に、あらかじめ測定しておいたピクセル毎の最適波長のテーブルをもとに、各々のピクセルにおいて、最適波長での弾性波９１１が入射した際の電気信号を抽出する（ステップＳ１１１１）。
さらに、信号処理部９０９は、アレイ型光センサ９０８の各々のピクセル毎での最適波長における抽出した電気信号の分布に基づいて、被検体９０１内の音響インピーダンス分布を計算する（ステップＳ１１１２）。得られた電気信号の分布から音響インピーダンス分布を得るための信号処理としては、整相加算などが考えられる。音響インピーダンス分
布は所望の形式で画像化され表示される（ステップＳ１１１３）。
【００６８】
なお、信号処理部９０９は弾性波９１１の強度を表す電気信号の時間変化の分布を記憶し、それを演算手段により、音響インピーダンス分布のデータに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。
【００６９】
本実施形態の測定フローチャートを図１１に示す。本実施形態では、最適波長のテーブル作成を前処理として光音響測定を行う前に行っているが、弾性波の送信とエコー波の測定を行った後に最適波長のテーブル作成を行っても良い。また、実施形態２のように、弾性波測定と平行して行うことも可能である。
【００７０】
このような実施形態３に示された生体情報イメージング装置を用いることで、ファブリーペロー型探触子を用いて、短時間に高精細な音響インピーダンス分布画像を得ることが可能となる。
【００７１】
＜実施例１＞
次に、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
本実施例は、実施形態１に記した構成からなる。本実施例は、本発明を用いて、被検体としてイントラリピッド１％水溶液を寒天により固めたもの中に配置した、光を吸収する直径３００μｍのゴムワイヤーをイメージングするものである。ファントムは水中に配置する。
【００７２】
ファブリーペロー型探触子の第１のミラーと第２のミラーには誘電多層膜を用いる。この誘電多層膜は１５２０−１６００ｎｍにおいて反射率が９５％以上となるように設計する。また、ファブリーペロー型探触子の基板はＢＫ７を用い、基板の誘電多層膜が成膜されている方後は逆側の面には、１５２０−１６００ｎｍにおいて反射率が１％以下になるようにＡＲコート処理を施す。ミラー間のスペーサー膜はパリレンＣを用い、膜厚は３０μｍとする。さらに、探触子の保護膜としてパリレンＣを用いる。
【００７３】
ファブリーペロー型探触子の反射光量を測定するための測定光を出射する測定光用波長可変光源としては１５２０−１６００ｎｍにおいて波長可変である、External Cavity Laserを用いる。
External Cavity Laserから出射された測定光は、凸レンズにより拡大され、ハーフミ
ラーとミラーを用いて、ファブリーペロー型探触子に入射する。入射する測定光のピームサイズは直径で１ｃｍとする。ファブリーペロー型探触子において反射した測定光は、ハーフミラーとミラーにより高速ＣＣＤカメラに入射することで測定する。高速ＣＣＤカメラは１００×１００ピクセルである。
測定光用波長可変光源の波長は、ＰＣにより制御を行う。波長は１５４０ｎｍから０．１ｎｍ刻みで１５７０ｎｍまで変化させる。その際、各々の波長における反射光量をＣＣＤにより測定し、最適波長のテーブルを作成する。
【００７４】
その後、励起光を被検体に照射し、光音響波の測定を開始する。被検体に照射する励起光源としてチタンサファイヤーレーザーを用いる。出射するパルス光の繰り返し周波数は１０Ｈｚ、パルス幅は１０ｎｓｅｃであり、波長は７９７ｎｍとする。
測定光用波長可変光源の波長を１５４０ｎｍに設定し、光音響波の測定を行う。そして、測定光を３０ｍｓｅｃで０．１ｎｍ変化させた後、光音響波の測定を行う。これを測定光用波長可変光源の波長が１５７０ｎｍになるまで繰り返す。
【００７５】
その後、前記最適波長のテーブルを用いて、各々のピクセルにおいて、最適波長での光音響波が入射した際の電気信号を抽出する。そしてこの信号を用いて、ユニバーサルバッ
クプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。
これにより、光拡散媒体であるイントラリピッド１％寒天中のゴムワイヤーが１００μｍの分解能でイメージングされる。
【００７６】
＜実施例２＞
本実施例は、実施形態２に記した構成からなる。
測定フローチャート以外の装置構成などは実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００７７】
励起光を被検体に照射し、光音響波の測定を開始する。
測定光用波長可変光源の波長は、ＰＣにより制御を行う。測定光用波長可変光源の波長を１５４０ｎｍに設定し、光音響波の測定をＣＣＤカメラにより行う。その後、５０ｍｓｅｃの間に、光音響波がファブリーペロー型探触子に入射していない状態での測定光の反射光量を測定する。その後、測定光を３０ｍｓｅｃで０．１ｎｍ変化させた後、光音響波の測定を行う。これを測定光用波長可変光源の波長が１５７０ｎｍになるまで繰り返す。
【００７８】
測定終了後に、光音響波がファブリーペロー型探触子に入射していない状態での測定光の反射光量の測定結果を用いて、最適波長のテーブルを作成する。
その後、前記最適波長のテーブルを用いて、各々のピクセルにおいて、最適波長での光音響波が入射した際の電気信号を抽出する。そしてこの信号を用いて、ユニバーサルバックプロジェクションアルゴリズムにより、画像再構成を行う。
【００７９】
これにより、光拡散媒体であるイントラリピッド１％寒天中のゴムワイヤーが高解像度にイメージングされる。
【００８０】
＜実施例３＞
本実施例は、実施形態３に記した構成からなる。
ファブリーペロー型探触子、光学系、二次元アレイセンサは実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００８１】
本実施例は、本発明を用いて、被検体としてイントラリピッド１％水溶液を寒天により固めたもの中に配置した、直径３００μｍのポリエチレンワイヤーをイメージングするものである。ファントムは水中に配置する。
中心周波数２０ＭＨｚのトランスデューサを用いて被検体に弾性波を照射する。トランスデューサは圧電型のものでＰＺＴを材料としたものを用いる。
【００８２】
実施例１と同様に測定光の最適波長のテーブルを作成したのちに、弾性波を被検体に照射し、エコー波の測定を開始する。出射、送信する弾性波はパルサーを用いて、パルス波として出射する。弾性波の繰り返し周波数は１０Ｈｚとする。
測定光用波長可変光源の波長を１５４０ｎｍに設定し、弾性波が被検体内で反射したエコー波の測定を行う。そして、測定光を３０ｍｓｅｃで０．１ｎｍ変化させた後、エコー波の測定を行う。これを測定光用波長可変光源の波長が１５７０ｎｍになるまで繰り返す。
【００８３】
その後、前記最適波長のテーブルを用いて、各々のピクセルにおいて、最適波長でのエコー波が入射した際の電気信号を抽出する。そしてこの信号を用いて、整相加算を用いた再構成アルゴリズムにより、被検体内の音響インピーダンス分布を画像化する。
これにより、寒天中のポリエチレンワイヤーが高解像度にイメージングされる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上、本明細書中では生体を被検体とした生体情報イメージング装置に関する構成例を
中心に述べた。これによると、腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化が可能となり、医療用画像診断機器として利用可能である。
さらに被検体として非生体物質を対象とした非破壊検査などに応用することは当業者にとって容易に実現することができる。
以上より、本発明は広く検査装置として用いることが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
３０４：励起光源，３０５：ファブリーペロー型探触子，３０７：測定光用波長可変光源，３０８：制御部，３０９：アレイ型光センサ，３１０：信号処理部，４０１：第２のミラー，４０２：第１のミラー，４０３：スペーサー膜
【図１】
0005832182.tif 000003
【図２】
0005832182.tif 000004
【図３】
0005832182.tif 000005
【図４】
0005832182.tif 000006
【図５】
0005832182.tif 000007
【図６】
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【図７】
0005832182.tif 000009
【図８】
0005832182.tif 000010
【図９】
0005832182.tif 000011
【図１０】
0005832182.tif 000012
【図１１】
0005832182.tif 000013